Download - Nanotechnologie
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29e Confrence internationale des commissaires à la protection de la
vie prive
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Nanotechnologie
• Yves Poullet, Docteur en droit et licencié en philosophie, est professeur à la Faculté de droit des FUNDP et de l’Université de Liège (Ulg).
• Peter Grutter, Professeur à l’Université McGill, Montréal
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29e Confrence internationale des commissaires à la protection de la
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Peter Grutter, Ph. D.
Département de physique
Université McGill
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La nanotechnologie : Défis associés à une nouvelle frontière
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Science-fiction :
7 de 9 dans Star Trek Dr Octopuss (Spiderman)
Convergence : OGM, IA et nanotechnologies
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NanopantalonsL’attaque des nanopantalons
Guess : Nano (brevet jaune/rose)
La popularité de la « nano »!
Nanocube
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Image d’une pointe de tungstène obtenue par microscopie ionique
à effet de champ
Image à 5,0 kV Manipulation à 6,0 kV
Groupe Grutter, Université McGill
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Image d’une pointe de tungstène obtenue par microscopie ionique
à effet de champ
Image à 5,0 kV Manipulation à 6,0 kV
Groupe Grutter, Université McGill
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Image d’une pointe de tungstène obtenue par microscopie ionique
à effet de champ
Image à 5,0 kV Manipulation à 6,0 kV
Groupe Grutter, Université McGill
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Image d’une pointe de tungstène obtenue par microscopie ionique
à effet de champ
Image à 5,0 kV Manipulation à 6,0 kV
Groupe Grutter, Université McGill
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Atome unique sur une pointe de tungstène
Image obtenue à 2,1 kV
Groupe Grutter, Université McGill
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Dynamique d’une pointe de tungstène:
Séquence de microscopie ionique à effet de champ à 30 images par seconde
Anne-Sophie LucierGroupe Grutter,
McGill
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Quelle est la taille d’un nanomètre?
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nm
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Nanotechnologies : Science de la renaissance!
nm
Taille
temps
Conception et physique des
semi-conducteursbiologie
chimie
Présent
nm
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Définition de la nanoscience Les nanosciences et les nanotechnologies sont
axées sur l’étude et l’application de phénomènes, de systèmes et de structures où :
1. Au moins une dimension lc mesure
quelques nm
2. Les propriétés sont qualitativement différentes parce que l < lc
Le point 2 permet de faire la distinction entre « nano » et « micro », « chimie macromoléculaire » ou « biologie »
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La différence à petite échelle
Loi d’échelle
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Petit et différent
Loi d’échelle
Dérèglement de l’échelle
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Submicronique n’est pas synonyme de nanométrique!
« Nanotechnologies sur produits de silicone : Intel est un chef de file en matièrede production et de recherche »
(Wall Street Journal)
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Que sont les nanosciences et les nanotechnologies?
Nanosciences – Étude de phénomènes et manipulation de matériaux aux échelles atomique, moléculaire et
macromoléculaire, où les propriétés diffèrent grandement de celles aux échelles plus grandes.
Nanotechnologies – Conception, caractérisation, production et mise en œuvre de structures, de dispositifs et de systèmes
par le contrôle de la forme et de la taille des éléments à l’échelle nanométrique.
« Nanoscience and Nanotechnologies: Opportunities and Uncertainties. » London : The Royal Society and the Royal Academy of Engineering, 2004.
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La coupe de Lycurgus (verre; British Museum; 4e siècle après
J.-C.) Lorsqu’elle est éclairée de l’extérieur, la coupe apparaît verte. Par contre, lorsqu’elle est éclairée de l’intérieur, elle devient rouge. On attribue la teinte rouge à la présence d’une petite quantité de poudre d’or dans la coupe (environ 40 parties par million).www.thebritishmuseum.ac.uk/science/lycurguscup/sr-lycugus-p1.html
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L’art de teindre les cheveux gris - Il y a 4000 ans
Mélange de PbO et de Ca(OH)2 dilué dans de l’eau pour former une pâte
La réaction avec les aminoacides présents dans les cheveux entraîne la formation de cristaux de PbS
Centre de recherche et de restauration des Musées de France (NanoLetters 6, 2215 (2006))
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Qu’est-ce qui rend possible les nanosciences et les nanotechnologies?
Les nouveaux outils!!!
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Microscopie à effet tunnel : pas de la simple imagerie!
Très haute densité (toute la Bibliothèque du Congrès sur une tête d’épingle)
Très lente (l’écriture nécessite plusieurs milliards d’années)
Empreinte énorme(UHV 4K STM)
D. Eigler, IBM Almaden
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Principaux moteurs de la nanotechnologie
Secteurs économiques (1 000 G$/an)
- Optoélectronique
- Microélectronique
-Industries chimiques
- Matériaux
- Médecine et produits pharmaceutiques
Convergence scientifique
- Éclatement des barrières traditionnelles
Nouveaux outils
- Outils expérimentaux
- Outils de calcul
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Loi de Moore
Source : Société Intel
Prévisions en 1997
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Stockage de données : Le taux de croissance composé est plus
important que prévu!
Source: Information Storage Industry Consortium
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Source : IMEC
L’avenir de l’électronique
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Nanoélectronique : Nanotubes de carbone
Éléments logiques intermoléculaires et intramoléculaires à nanotube de carboneV. Derycke, R. Martel, J. Appenzeller et Ph. Avouris*Division de la recherche de IBM , T. J. Watson Research Center
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Le plus petit des circuits informatiques
A
B
C O3 = A + B + C
Entrées Sorties
Dimensions du circuit : 12 nm x 17 nm
O2 = (A * B) + (B * C) + (C * A)
O1 = A * B * C
Fait à partir de 541 molécules de monoxyde de carbone
A.J.Heinrich et al, Science 298, 1381 (2002)
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Optoélectronique fondée sur les points quantiques
Système de télécommunication à fibre optique
Points quantiques
auto-assemblés
Longueur d’onde laser déterminée par la composition, l’espacement et l’épaisseur des couches
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Assemblage de résonateurs elliptiques
Manoharan, Lutz et Eigler, Nature 403, 512.515 (2000)
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Déplacement d’un atome dans un résonateur elliptique
Manoharan, Lutz et Eigler, Nature 403, 512.515 (2000)
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Déplacement d’un atome dans un résonateur elliptique
Manoharan, Lutz et Eigler, Nature 403, 512.515 (2000)
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Déplacement d’un atome dans un résonateur elliptique
Manoharan, Lutz et Eigler, Nature 403, 512.515 (2000)
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Détection d’un mirage quantique
Manoharan, Lutz et Eigler, Nature 403, 512.515 (2000)
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Un transistor moléculaire
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Attention à la science PowerPoint ou à l’ingénierie
des dessins animés!!!
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Les nanomatériaux et la détection biomoléculaire
• Analyses multiplexes aux capacités accrues (« code à barres nanométriques »)
• Suivi optique à l’échelle cellulaire au moyen de points quantiques de CdSe : quels gènes sont actifs?
Principe : Nanoparticules de CdSeencapsulées par du ZnS dont l’émissionde couleur est dépendante de la tailledes particules
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Les avantages de la nanotechnologie :
Cancérothérapie et nanocapsulesNanocapsules d’or
Gracieuseté du Prof. Naomi Halas, Université Rice
Diamètre de 10 à 300 nm
Capsule d’or
Noyau de silice
Biocompatibles
Absorbent fortement la lumière dans le proche infrarouge, plage où la lumière peut pénétrer jusqu’à 7 cm sous la peau
Se fixent facilement aux anticorps pour un ciblage cellulaire précis
Suffisamment petites pour passer dans l’appareil circulatoire
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Les avantages de la nanotechnologie :
Cancérothérapie et nanocapsules
Courtesy of Prof. Naomi Halas, Rice University
• Inoculation de souris BALB/c avec des cellules de cancer du colon CT26.wt
• Administration systématique de nanocapsules pégylées par injection dans la veine de la queue• 6 heures après l’injection, on a irradié les tumeurs au travers de la peau pendant 3 min au moyen d’un laser à diode de 4 W/cm2 à 810 nm• Surveillance de la temp. en surface de la tumeur
• Surveillance de la taille de la tumeur pendant deux mois
Proche IR
Laser à diode
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56
Days after tumor treatment
% s
urv
ivin
g
Laser + Nanoshells
Laser, No Nanoshells
Untreated
% s
urv
ie
20.0 18.2 22.00.0
76.2
89.2
0.0
25.0
50.0
75.0
100.0
125.0
Day 0 Day 10
Laser + Nanoshells
Laser, no Nanoshells
Untreated Tumors
Taill
e d
e la t
um
eur
(mm
2)
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Les avantages de la nanotechnologie :
Médecine régénérative par nanofibres
Gracieuseté de Samuel Stupp, Université NorthwesternGracieuseté de Samuel Stupp, Université Northwestern
Nanofibres de neurogénèse
GUÉRISON DE LA PARALYSIE
Régénération à l’aide de nanofibres de neurones sectionnées (essais en laboratoires)
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Il y a véritablement beaucoup d’espace à très petite échelle!
D’immenses progrès ont été réalisés sur le plan de la compréhension de la nanotechnologie et de la création
d’objets nanométriques au cours des 15 dernières années
Ère d’exploration et de découverte
Le potentiel est énorme
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La nanotechnologie évolutionnaireTechnologies historiquement plus volumineuses réduites à l’échelle nanométrique
La nanotechnologie révolutionnaireNouvelles technologies à l’échelle nanométrique
Trois types de nanotechnologies
La nanotechnologie naturelleStructures fonctionnelles nanométriques
présentes dans la nature
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La nanotechnologie évolutionnaire
La technologie des semi-conducteurs est désormais une technologie nanométrique
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La nanotechnologie évolutionnaire
Les cosmétiques appartiennent maintenant à la catégoriedes technologies nanométriques
Nanoparticules dans les écrans solaires et les produits cosmétiques
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Nanotechnologie révolutionnaire
Nanotubes de carbone
NOT GateTransistor nanotube
Transistor nanotube à électron unique
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Nanotechnologie naturelle
Flagelles de la bactérie Salmonelle
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Les risques associés à la nanotechnologie
Le VRAI risque : Utiliser la nanotechnologie sans en évaluerles conséquences
Exemple : L’introduction répandue de nanoparticules dans la biosphère sans connaître l’impact toxicologique de ces dernières
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Comment prendre des décisions éclairées à propos des nanotechnologies?
• Éliminer les concepts fantaisistesÉliminer les concepts fantaisistes• Comprendre les motivationsComprendre les motivations• Évaluer adéquatement les risques et lesÉvaluer adéquatement les risques et les avantages avantages
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Quelques aspects sociaux de la nanotechnologie
La nano-folieLa nano-folie
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La nano-folie de type 1
L’erreur : L’absence de pensée
critique
L’erreur : L’absence de pensée
critique
« Exubérance irrationnelle » motivée par l’avidité
La nanotechnologie « transformera tout »
La nanotechnologie est le « prochain grand phénomène » “FORBES/WOLFE Nanotech Weekly Insider” par Josh Wolfe
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La nano-folie de type 2
L’erreur : L’absence de pensée
critique
L’erreur : L’absence de pensée
critique
La « paranoïa irrationnelle » motivée par la peur
Le scénario apocalyptique (masse grise) : Des nanorobots ou des assembleurs moléculaires autoreproducteurs hors contrôleSuperweapon #3
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29e Confrence internationale des commissaires à la protection de la
vie prive
Comment savoir si une chose est sécuritaire?
I think there is a new world out there
Should be smooth sailing
Unless ….Je devrais vraiment creuser la question à
fond…
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Le dilemme de Colomb
Il est pratiquement impossible de prouver que quelque chose est totalement sécuritaire
Comment fonctionner dans un monde où les risques sont omniprésents?
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Les monstres existent-ils?
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Bien sûr!
Et ce sont des vedettes d’Hollywood
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Finalement – Quand la nanotechnologie aura-t-elle un
impact sur nos vies?
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Nanosciences -> nanotechnologies
Ce que dit la boule de cristal
Nouveaux outils : Maintenant
Nanomatériaux : 0-5 ans
Nanoélectronique : 10-15 ansNanobiologie/Nanomédecine : 15-25 ans
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Prédire l’avenir…
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Appuyé par :
CRSNG, FQRNT, CIAR, NanoQuébec
FCI, IBM, U. Basel, Génome Québec,
IRSC, bourse James McGill
16 étudiants diplômés et à 7 détenteurs d'une bourse de
perfectionnement post-doctoral
www.physics.mcgill.ca/~peter/
Merci à :